Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen mindestens eines Filterparameters, wie etwa der Mittenfrequenz, mindestens einer einem Wiedergabesystem für Audiosignale zugeordneten Filtereinheit, insbesondere rekursiven Filtereinheit zweiter Ordnung oder Resonanzfiltereinheit, die insbesondere mindestens einem dem Wiedergabesystem zugeordneten digitalen Equalizer zugeordnet wird.The present invention relates to a method for adjustmentat least one filter parameter, such as the center frequency,at least one of a playback system for audio signalsassigned filter unit, in particular recursive filter unit secondOrder or resonance filter unit, in particular at least oneassigned to the playback system assigned digital equalizerbecomes.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein Wiedergabesystem für Audiosignale, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art, vorgesehen zum Einstellen mindestens eines Filterparameters, wie etwa der Mittenfrequenz, mindestens einer dem Wiedergabesystem zugeordneten Filtereinheit, die insbesondere mindestens einem dem Wiedergabesystem zugeordneten digitalen Equalizer zugeordnet ist,
Die Erfindung geht von aus der Praxis bekannten Autoradiogeräten aus, die auf der sogenannten "2IC-Technologie" basieren, bei der das Audio-Wiedergabegerät und insbesondere dessen Tuner mit einer insbesondere digitalen Empfängereinheit, beispielsweise mit einem "digital receiver" (sogenannter "digiceiver"), versehen ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß bereits im Empfangsteil des Tuners das hochfrequente Signal der Z[wischen]F[requenz]-Stufe bei beispielsweise 10,7 Megahertz in Bits und Bytes umgesetzt wird und daran anschließend bis zu den Endstufen konsequent auf digitaler Ebene weiterverarbeitet wird.The invention is based on car radios known from practice,which are based on the so-called "2IC technology", in which the audioPlayback device and in particular its tuner with a particulardigital receiver unit, for example with a "digital receiver"(so-called "digiceiver") is provided. This means with othersWords that the high-frequency already in the receiving part of the tunerSignal of the intermediate level at, for example, 10.7 megahertzis converted into bits and bytes and then up toPower amplifiers are consistently processed on a digital level.
Bei derartigen Autoradiogeräten sind beispielsweise zwei oder drei frei programmierbare Audiofilter in den Signalpfad integriert. Diese digitalen parametrischen Equalizer (= DPE) stehen dem Benutzer zur Verfügung, um Unzulänglichkeiten der Akustik im Fahrzeuginnenraum zu kompensieren. Der Benutzer kann jedes Filter in bezug auf bestimmte Filterparameter, wie etwa in bezug auf die Dämpfung, in bezug auf die Güte, das heißt die Filterbreite, in bezug auf die Mittenfrequenz und/oder in bezug auf die Verstärkung variieren, um Überhöhungen und sogenannte Löcher im akustischen Frequenzgang des Fahrzeuginnenraums auszugleichen.In such car radio devices, for example, two or three are freeProgrammable audio filters integrated in the signal path. This digitalparametric equalizers (= DPE) are available to the user,to inadequacies in the acoustics in the vehicle interiorcompensate. The user can filter each with respect to certainFilter parameters, such as in terms of attenuation, in relation to theQuality, i.e. the filter width, in relation to the center frequency and / orvary in terms of reinforcement to cant andso-called holes in the acoustic frequency response of theCompensate vehicle interior.
Im Zusammenhang mit dem akustischen Frequenzgang oder allgemeiner mit dem Lautstärkeempfinden des menschlichen Gehörs ist zu bedenken, daß dieses Lautstärkeempfinden über den hörbaren Frequenzbereich unterschiedlich ausgeprägt ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs nicht konstant über der Frequenz ist, sondern zu hohen Frequenzen und in noch stärkerem Maße zu niedrigen Frequenzen hin abnimmt. Dieser Effekt tritt mit sinkendem Schalldruckpegel verstärkt auf und wird, wie inFig. 1 dargestellt, in der Literatur durch Kurven gleicher Lautstärke (= sogenannte Isophonen) als Funktion des Schalldruckpegels L (in dB = Dezibel) über der Frequenz f (in Hz = Hertz) beschrieben (vgl. auch I[nternational]S[tandardization]O[rganization] 226).In connection with the acoustic frequency response or, more generally, with the volume perception of the human ear, it should be borne in mind that this level perception is different in the audible frequency range. In other words, this means that the sensitivity of human hearing is not constantly above frequency, but decreases towards high frequencies and, to an even greater extent, towards low frequencies. This effect occurs with increasing sound pressure level and, as shown inFig. 1, is shown in the literature by curves of equal volume (= so-called isophones) as a function of sound pressure level L (in dB = decibels) over frequency f (in Hz = Hertz ) (see also International [Standardization] Organization [226]).
Um zum Beispiel bei einer Audiofrequenz von einhundert Hertz den gleichen Lautstärkeeindruck wie bei einer Frequenz von einem Kilohertz zu erzielen, ist ein wesentlich höherer Schalldruck erforderlich. Dieser Zusammenhang wird durch die Darstellung der vorerwähnten Linien gleicher Lautheit in einem Schalldruck/Frequenz-Diagramm dargestellt (vgl.Fig. 1, in der der Sprachbereich durch das Bezugszeichen80, der Musikbereich durch das Bezugszeichen82 und der Bereich der Hörschwelle durch das Bezugszeichen84 kenntlich gemacht sind).For example, to achieve the same volume impression at an audio frequency of one hundred hertz as at a frequency of one kilohertz, a significantly higher sound pressure is required. This relationship is illustrated by the representation of the aforementioned lines of equal loudness in a sound pressure / frequency diagram (cf.FIG. 1, in which the speech area is identified by reference symbol80 , the music region by reference symbol82 and the range of the hearing threshold by reference symbol84 are identified).
Zum Kompensieren dieses Effekts verfügen Systeme zum Wiedergeben von Audiosignalen häufig über eine Vorrichtung zum selektiven Anheben des Pegels der Bässe bei niedriger Wiedergabelautstärke; bei manchen Systemen werden die Höhen ebenfalls ein wenig angehoben. Diese als "gehörrichtige Lautstärkekorrektur" oder "Loudness Control" bezeichnete Vorrichtung soll die vom Zuhörer wahrgenommene Lautheit des Audiosignals unabhängig von der Wiedergabelautstärke über das ganze Hörfrequenzspektrum konstant halten, das heißt ein spektral ausgewogenes Klangbild gewährleisten.Playback systems are available to compensate for this effectof audio signals often through a selective lifting devicethe level of the bass at low playback volume; with someSystems, the heights are also raised a little. This as"aurally correct volume correction" or "Loudness Control"The loudspeaker perceived by the listenerAudio signal regardless of the playback volume over the wholeKeep the hearing frequency spectrum constant, i.e. a spectral oneensure a balanced sound.
Um also in einem Audiowiedergabesystem zu gewährleisten, daß der Klangeindruck, wie etwa die Ausgewogenheit zwischen tiefen Frequenzanteilen und mittleren Frequenzanteilen, bei allen Abhörlautstärken gleichbleibt, ist in vielen Systemen eine sogenannte Loudness-Funktion implementiert.So to ensure in an audio playback system that theSound impression, such as the balance between depthsFrequency components and medium frequency components, for allMonitoring volume remains the same in many systemsLoudness function implemented.
Diese Loudness-Funktion verändert im Zusammenhang mit der Lautstärke auch die Klangeinstellung in der Art, daß alle Frequenzanteile als gleich laut empfunden werden; insbesondere werden in einer einfachen Ausführungsform bei reduzierter Lautstärke die tiefen Frequenzanteile unterhalb einer bestimmten Einsatzfrequenz mithilfe eines Klangstellers angehoben, was den Hauptanteil einer gehörrichtigen Korrektur des Frequenzgangs ausmacht. Diese Einsatzfrequenz ist in jedem Audiowiedergabesystem entweder werkseitig festgelegt oder kann vom Benutzer innerhalb bestimmter Grenzen manuell eingestellt werden.This loudness function changes in connection with theVolume also the sound setting in such a way that all frequency componentsto be felt as loud; in particular be in asimple embodiment with reduced volume the bassFrequency components below a certain operating frequency with the help ofraised a sound controller, which is the main part of an aurally accurateCorrection of the frequency response. This operating frequency is inany audio playback system either factory set or cancan be set manually by the user within certain limits.
Allerdings stellt bei den bekannten Loudness-Funktionen die Wahl der optimalen Einsatzfrequenz der Baßpegelanhebung ein Problem dar. Da nämlich die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs zu tiefen Frequenzen hin stark abnimmt, ist üblicherweise eine Baßpegelanhebung bis zu extrem tiefen Frequenzen hin erforderlich, um eine gehörrichtige Korrektur vorzunehmen.However, with the known loudness functions, the choice ofoptimal frequency of use of the bass level increase is a problemnamely to deepen the sensitivity of human hearingFrequency decreases sharply, is usually a bass level increasedown to extremely low frequencies required to be aurally accurateMake correction.
Dies ist jedoch nicht in allen Audiowiedergabesystemen sinnvoll, denn die Performance bestimmter Verstärker und/oder bestimmter Lautsprecher erlaubt die Wiedergabe sehr tiefer Frequenzen potentiellerweise nicht. Die zunehmende Anhebung zu sehr tiefen Frequenzen hin wäre also akustisch wirkungslos bzw. würde unter Umständen zum Übersteuern der Verstärkerstufen bzw. der Lautsprecher führen.However, this does not make sense in all audio playback systems because thePerformance of certain amplifiers and / or certain speakerspotentially does not allow the playback of very low frequencies. Theincreasing increase towards very low frequencies would beacoustically ineffective or would under certain circumstances override theLead amplifier stages or the speaker.
Für solche Systeme ist die Wahl einer höheren Einsatzfrequenz bzw. eine Begrenzung der Anhebung zu tiefen Frequenzen hin sinnvoll, um zumindest eine gehörrichtige Korrektur für den oberen Baßfrequenzbereich vorzunehmen und um das Wiedergabesystem nicht zu überlasten. ist nun die Performance der Verstärkerstufen bzw. der Lautsprecher dem für die Loudness verantwortlichen Steuerungsgerät nicht bekannt, wie es typischerweise in einem einen sogenannten "Autoradio-Booster-Lautsprecher" aufweisenden System der Fall ist, so kann die Einstellung der Charakteristik der Loudness werksseitig nicht immer optimal sein.For such systems, the choice is a higher frequency of use or oneLimiting the boost to low frequencies makes sense toat least one correct hearing for the upper oneBass frequency range and around the playback system notto overload. is now the performance of the amplifier stages orLoudspeaker the control device responsible for the loudnessnot known, as is typically the case in a so-calledSystem "car radio booster speaker" is the casecannot adjust the loudness characteristic at the factoryalways be optimal.
Eine manuelle Einstellung der Charakteristik der Loudness durch den Benutzer erfordert hingegen einiges akustisches und technisches Know-How; insbesondere erweist sich eine derartige manuelle Einstellung in der Praxis insofern als problematisch, als der Benutzer die Akustik seines Fortbewegungsmittels für eine optimale Einstellung der Equalizer sehr gut kennen muß und als das Ermitteln des akustischen Frequenzgangs ohne meßtechnische Hilfe, das heißt allein durch Hören sehr schwierig ist.A manual adjustment of the characteristic of the loudness by theHowever, users require some acoustic and technical know-howhow; In particular, such a manual setting in thePractice as problematic in that the user can control the acoustics of hisMeans of transportation for an optimal adjustment of the equalizer very wellmust know and as the determination of the acoustic frequency response withoutMetrological help, that is, it is very difficult just by hearing.
Die Bedienungsanleitungen bekannter Autoradiogeräte können nur sehr eingeschränkte Hilfestellungen für die bestmögliche Einstellung der Equalizer geben, denn in diesen Bedienungsanleitungen können keinesfalls alle Fahrzeugtypen und schon gar nicht die Vielzahl der individuellen Ausstattungsvarianten sowie der Verstärker- und Lautsprecherkonfigurationen berücksichtigt werden.The operating instructions of well-known car radio devices can only very muchRestricted support for the best possible setting of theEqualizer give, because in these operating instructions canby no means all vehicle types and certainly not the multitude ofindividual equipment variants as well as the amplifier andSpeaker configurations are taken into account.
Des weiteren sind Autoradiogeräte mit einem in den Signalpfad integrierten Audiomodul bekannt, auf dem mithilfe eines digitalen Signalprozessors ein graphischer Equalizer realisiert ist. Die sieben bzw. neun Bänder eines solchen graphischen Equalizers sind in ihrer Mittenfrequenz fest und nur in ihrer Verstärkung veränderbar. Das separate Audiomodul dieser Autoradiogeräte ermöglicht ein automatisches Einmessen des graphischen Equalizers.Furthermore, car radio devices are included in the signal pathIntegrated audio module known on which using a digitalSignal processor a graphic equalizer is realized. The seven ornine bands of such a graphic equalizer are in theirCenter frequency is fixed and its amplification can only be changed. Theseparate audio module of this car radio enables oneautomatic calibration of the graphic equalizer.
Hierzu wird die Akustik im Fahrzeuginnenraum mithilfe eines Mikrophons gemessen, das über einen A[nalog]/D[igital]-Wandler an das Audiomodul angeschlossen ist. Mithilfe einer speziellen Software wird der graphische Equalizer anschließend so eingestellt, daß die Unzulänglichkeiten der Akustik so gut wie möglich ausgeglichen werden.For this purpose, the acoustics in the vehicle interior using a microphonemeasured that via an A [nalog] / D [igital] converter to the audio moduleconnected. With the help of special software, the graphicEqualizer then adjusted so that the shortcomings of theAcoustics are balanced as much as possible.
Der Einsatz eines graphischen Equalizers zum Optimieren der gehörrichtigen Baßpegelanhebung erweist sich in bezug auf die Akustik eines Fahrzeuginnenraums in der Praxis als problematisch. Wie bereits erwähnt, sind die Mittenfrequenzen der Equalizerbänder eines graphischen Equalizers fix; sie liegen in der Regel in einem Abstand von minimal einer Oktave bei neun Bändern. Schmale Resonanzüberhöhungen im akustischen Frequenzgang des Fahrzeuginnenraums, die zwischen den Equalizerbändern liegen, können so nicht optimal kompensiert werden. Außerdem ist das zusätzliche Audiomodul mit dem digitalen Signalprozessor zur Realisierung des graphischen Equalizers und zum Einmessen dieses Equalizers relativ kostenintensiv.The use of a graphic equalizer to optimize theProper bass level boost proves itself in terms of acousticsof a vehicle interior in practice as problematic. As beforementioned, the center frequencies of the equalizer bands are onegraphic equalizer fix; they are usually at a distance ofat least one octave with nine bands. narrowExaggerated resonance in the acoustic frequency response of theVehicle interior that lie between the equalizer bandsnot be optimally compensated for. It is also additionalAudio module with the digital signal processor to implement thegraphic equalizer and for measuring this equalizer relativelyexpensive.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention: task, solution, advantages
Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein Wiedergabesystem der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß eine automatische Optimierung einer gehörrichtigen Baßpegelanhebung erfolgt.Based on the disadvantages andInadequacies as well as appreciation of the outlined state of theTechnology, the present invention is based on the objectMethod of the type mentioned and a playback system ofcontinue to develop in such a way that an automaticOptimization of aurally correct bass level increase is carried out.
Diese Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch ein Wiedergabesystem mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is accomplished in accordance with the teachings of the present inventiona method with the features mentioned in claim 1 and bya playback system with the features mentioned in claim 7solved. Advantageous refinements and useful further trainingof the present invention are in the respective subclaimscharacterized.
Mithin ist der Kern der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, daß die sogenannte Loudness des Audiowiedergabesystems automatisch optimiert wird; dies geht verfahrensgemäß einher mit einer automatischen Optimierung der gehörrichtigen Baßpegelanhebung auf das Wiedergabesystem und wird mittels eines Einmeßverfahrens realisiert, das den Wirkungsgrad des Audiowiedergabesystems abhängig von der Audiofrequenz ermittelt und so die Charakteristik der Loudness auf das Wiedergabesystem hin optimiert, so daß in Abhängigkeit von der Performance des Wiedergabesystems die bestmögliche Korrektur des Frequenzgangs vorgenommen werden kann.The essence of the present invention is therefore to be seen in that theso-called loudness of the audio playback system automaticallyis optimized; this goes hand in hand with an automaticOptimization of the correct bass level boost to thatPlayback system and is realized by means of a calibration process,that the efficiency of the audio playback system depends on theAudio frequency determined and so the characteristic of loudness on thePlayback system optimized so that depending on thePerformance of the playback system the best possible correction of theFrequency response can be made.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zum automatischen Optimieren der gehörrichtigen Baßpegelanhebung auf das Audiowiedergabesystem, bei dem
Mit der vorliegenden Erfindung wird dem Benutzer also die schwierige Aufgabe der Anpassung der Filtereinheit(en) an die spezielle Akustik seines Fahrzeuginnenraums abgenommen. In diesem Zusammenhang ermöglicht das Messen des Amplitudengangs und/oder des Frequenzgangs nicht nur das Einstellen von n-1 Equalizerfiltern, sondern - gewissermaßen als für den Fachmann überraschendes, so nicht vorhersehbares Nebenprodukt - auch das Einstellen eines Loudness-Filters im unteren Frequenzbereich, sofern die Anordnung von exemplarisch insgesamt n rekursiven Filtern zweiter Ordnung im Wiedergabesystem unterstellt wird. In diesem Zusammenhang stellt das Loudness-Filter eines der Resonanzfilter, allgemeiner gesprochen eines der n rekursiven Filter zweiter Ordnung dar (unter gewissen Bedingungen kann das rekursive Filter auch als Shelving-Filter ausgebildet sein, dies ist im Falle der vorliegenden Erfindung jedoch nicht der Normalfall).With the present invention, the user becomes the difficult oneTask of adapting the filter unit (s) to the special acousticsremoved from his vehicle interior. In this contextenables the measurement of the amplitude response and / or theFrequency response not only setting n-1 equalizer filters, but also- in a way as surprising for the expert, not sopredictable by-product - including setting a loudnessFilters in the lower frequency range, provided the arrangement ofas an example, a total of n recursive filters of the second order inPlayback system is assumed. In this context, this representsLoudness filter one of the resonance filters, more generally oneis the n second-order recursive filter (under certain conditionsthe recursive filter can also be designed as a shelving filter, this isnot the normal case in the case of the present invention).
Im Detail wird zunächst der Frequenzgang des vorliegenden Audiowiedergabesystems mithilfe geeigneter Vorkehrungen ermittelt. Im Anschluß wird der gemessene Frequenzgang hinsichtlich des Wirkungsgrads des Wiedergabesystems im tieffrequenten Bereich ausgewertet.First, the frequency response of the presentAudio playback system determined using suitable precautions. in theConnection is the measured frequency response with regard to theEfficiency of the playback system in the low-frequency rangeevaluated.
Aus dem gemessenen Frequenzgang kann zunächst der mittlere Schalldruck ermittelt werden. Im Anschluß daran wird der Frequenzpunkt im tieffrequenten Bereich ermittelt, unterhalb dessen der Schalldruck einen bestimmten, auf den mittleren Schalldruck bezogenen Grenzwert unterschreitet, zum Beispiel etwa drei Dezibel. Ein Loudness-Filter oder Resonanzfilter wird nun genau so eingestellt, daß die Mittenfrequenz gerade oberhalb dieser Grenzfrequenz des Audiosystems liegt.From the measured frequency response, the middle one can firstSound pressure can be determined. Following this is the frequency pointdetermined in the low-frequency range, below which the sound pressurea certain limit related to the mean sound pressurefalls below, for example, about three decibels. A loudness filter orResonance filter is now set so that the center frequencyis just above this cutoff frequency of the audio system.
Auf diese Weise wird einerseits sichergestellt, daß die Baßanhebung auch akustisch wirksam ist, andererseits wird das System nicht überlastet, denn der Frequenzgang des Loudness-Filters oder Resonanzfilters fällt unterhalb der Mittenfrequenz wieder ab. Im Ergebnis beruht das Verfahren in erfindungswesentlicher Weise also darauf, daß einer der digitalen Equalizer der Loudness-Funktionalität, das heißt der Überprüfung auf einen Abfall um beispielsweise etwa drei Dezibel zugeordnet wird.In this way it is ensured on the one hand that the bass boost toois acoustically effective, on the other hand, the system is not overloaded, becausethe frequency response of the loudness filter or resonance filter dropsbelow the center frequency. The result is based onProcess in a manner essential to the invention that one of thedigital equalizer of the loudness functionality, that is theCheck for a drop of about three decibels, for exampleis assigned.
Des weiteren wird ein Wiedergabesystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das zum automatischen Einstellen der mindestens einen Filtereinheit erfindungsgemäß einen Rauschgenerator umfaßt, über den sich dem der Filtereinheit zugeordneten Equalizer ein Rauschsignal zuführen läßt.Furthermore, a playback system of the type mentionedproposed that to automatically set the at least oneFilter unit according to the invention comprises a noise generator, via thea noise signal to the equalizer assigned to the filter unitcan be fed.
Außerdem weist der Steuerungsprozessor Mittel auf, über die die Filterparameter so einstellbar sind, daß der Equalizer eine Bandpaßcharakteristik mit schmaler Bandbreite aufweist, wobei die Mittenfrequenz über dem Audiospektrum variierbar ist.In addition, the control processor has means by which theFilter parameters can be set so that the equalizer has aHas bandpass characteristics with a narrow bandwidth, theCenter frequency is variable over the audio spectrum.
Zum Erfassen des von der Lautsprechereinrichtung in den Fahrzeuginnenraum abgestrahlten Signals und zum Bestimmen des Frequenzgangs ist mindestens ein Mikrophon mit Auswertemitteln vorgesehen.To detect the from the speaker device in theVehicle interior emitted signal and to determine theFrequency response is at least one microphone with evaluation meansintended.
Schließlich weist der Steuerungsprozessor noch Mittel auf, über die die Filterparameter unter Berücksichtigung des gemessenen Frequenzgangs einstellbar sind.Finally, the control processor also has means by which theFilter parameters taking into account the measured frequency responseare adjustable.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die einzumessenden Equalizer aufgrund ihrer Programmierbarkeit zunächst zur Bestimmung des akustischen Frequenzgangs des Fahrzeuginnenraums verwendet werden können, bevor eine Grenzfrequenz bestimmt wird, unterhalb derer der Schalldruck einen auf den mittleren Schalldruck bezogenen Schalldruckschwellwert unterschreitet, und sodann der bzw. die Filterparameter der Filtereinheit automatisch so eingestellt wird bzw. werden, daß die Mittenfrequenz der Filtereinheit gerade oberhalb der bestimmten Grenzfrequenz liegt.According to the invention, it has been recognized that the equalizers to be measureddue to its programmability, first to determine theacoustic frequency response of the vehicle interior can be usedbefore a limit frequency is determined below which theSound pressure refers to the mean sound pressureSound pressure threshold falls below, and then the orFilter parameters of the filter unit is automatically set orbe that the center frequency of the filter unit just above thecertain cutoff frequency.
Das Merkmal, daß der bzw. die Filterparameter der Filtereinheit automatisch so eingestellt wird bzw. werden, daß die Mittenfrequenz der Filtereinheit gerade oberhalb der bestimmten Grenzfrequenz liegt, kann in erfindungswesentlicher Weise mit dem Merkmal verknüpft werden, daß die Baßpegelanhebung mit steigender Grenzfrequenz bzw. mit steigender Mittenfrequenz der Filtereinheit derart reduziert wird, daß die Isophonen im verbleibenden wiedergebbaren Baßfrequenzbereich nicht überschritten werden (→ funktioneller Zusammenhang zwischen der Filtermitten-/-grenzfrequenz sowie der eingestellten Lautstärke als Eingangsgrößen und der resultierenden Baßanhebung als Ausgangsgröße; dieser funktionelle Zusammenhang erfolgt über eine mathematische Funktion und kann, abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten, in erfindungswesentlicher Weise kontinuierlich oder in Stufen erfolgen; im Ergebnis erfolgt also eine automatische Optimierung einer gehörrichtigen Baßpegelanhebung, indem die Filterparameter der Baßanhebungsfiltereinheit in Abhängigkeit von oder als Funktion der Grenzfrequenz bzw. der Mittenfrequenz eingestellt werden).The characteristic that the filter parameter or parameters of the filter unitis automatically set so that the center frequency of theFilter unit is just above the certain cut-off frequency, can inessential to the invention are linked to the feature thatthe bass level increase with increasing cut-off frequency or with increasingCenter frequency of the filter unit is reduced such that the isophonesnot exceeded in the remaining reproducible bass frequency range(→ functional relationship between theFilter center / limit frequency and the set volume as input variables andthe resulting bass boost as a starting variable; this functionalConnection takes place via a mathematical function and can,depending on the particular circumstances, essential to the inventionWay continuously or in stages; the result is aautomatic optimization of an aurally accurate bass level boost,by making the filter parameters of the bass boost filter unit dependentof or as a function of the cutoff frequency or the center frequencycan be set).
Hierdurch wird in synergetischer Weise zum einen eine automatische Optimierung der gehörrichtigen Baßpegelanhebung erfolgen, zum anderen kann jedoch gleichwohl eine übermäßige Baßpegelanhebung vermieden werden. Ferner ist erfindungsgemäß erkannt worden, daß die Optimierung der gehörrichtigen Baßpegelanhebung mithilfe einer entsprechenden Zusatzsoftware vom ohnehin vorhandenen Steuerungsprozessor des Autoradiogeräts vorgenommen werden kann.In this way, on the one hand, an automaticOptimization of the aurally accurate bass level increase tohowever, others may experience excessive bass levelsbe avoided. Furthermore, it has been recognized according to the invention that theOptimization of aurally accurate bass level boost using acorresponding additional software from the already availableControl processor of the car radio can be made.
Im Ergebnis ist also im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein zusätzliches Audiomodul mit digitalem Signalprozessor erforderlich, sondern lediglich eine Mikrophon-, Verstärkungs- und Gleichrichtungsschaltung, die an die im Steuerungsprozessor vorhandene A[nalog]/D[igital]-Wandlereinheit angekoppelt wird; hierdurch ist für die erfindungsgemäß vorgeschlagene automatische Einstellung der Filterparameter in bezug auf die Mittenfrequenz lediglich ein sehr geringer Mehraufwand an Hardware sowie an Software und mithin an Kosten erforderlich.As a result, there is none within the scope of the present inventionadditional audio module with digital signal processor required,but just a microphone, amplification andRectification circuit that is connected to that in the control processorA [nalog] / D [igital] converter unit is coupled; this is for theproposed automatic adjustment of the inventionFilter parameters with respect to the center frequency only a very small oneAdditional hardware and software expenditure and therefore costsrequired.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Ermittlung des akustischen Frequenzgangs des Fahrzeuginnenraums im Rahmen des vorliegenden Verfahrens. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die Lautsprechereinrichtung des Wiedergabesystems nacheinander von Bandpaß-Rauschsignalen mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen angesteuert. Die jeweils in Form eines Bandpaß-Rauschsignals eingestellten Frequenzbänder decken das gesamte Audiospektrum ab.There are basically different ways of determining theacoustic frequency response of the vehicle interior as part of thepresent procedure. According to an advantageous embodimentthe speaker system of the playback system is successivelyof bandpass noise signals with different center frequenciesdriven. Each in the form of a bandpass noise signalSet frequency bands cover the entire audio spectrum.
Der zu ermittelnde Frequenzgang wird nun in Form von Frequenzmeßpunkten für die einzelnen Frequenzbänder ermittelt. Als Frequenzmeßpunkt für ein bestimmtes Frequenzband kann einfach der Schallpegel des Signals bestimmt werden, das in diesem Fall von der Lautsprechereinrichtung in den Fahrzeuginnenraum abgestrahlt wird.The frequency response to be determined is now in the form ofFrequency measuring points determined for the individual frequency bands. AsFrequency measurement point for a specific frequency band can simply beSound level of the signal can be determined, which in this case by theLoudspeaker device is radiated into the vehicle interior.
Im Hinblick auf eine Minimierung des Hardware-Aufwands sowie des Software-Aufwands erweist es sich als vorteilhaft, die Bandpaß-Rauschsignale zum Ermitteln des akustischen Frequenzgangs des Fahrzeuginnenraums mithilfe des einzustellenden Equalizers selbst zu erzeugen.With a view to minimizing the hardware expenditure and theSoftware effort it proves to be advantageous toNoise signals to determine the acoustic frequency response of theThe vehicle interior using the equalizer to be setproduce.
Da dieser sowohl in seiner Mittenfrequenz als auch in seiner Güte frei programmierbar ist, können die Filterparameter so eingestellt werden, daß sich für den Equalizer eine Bandpaßcharakteristik mit schmaler Bandbreite bei vorgegebener Mittenfrequenz ergibt. Der Equalizer erzeugt dann aus einem ihm zugeführten Rauschsignal das gewünschte Bandpaß-Rauschsignal bzw. eine Abfolge von Bandpaß-Rauschsignalen, die das gesamte Audiospektrum abdecken.Since this is free both in its center frequency and in its qualityis programmable, the filter parameters can be set so thata bandpass characteristic with a narrower characteristic for the equalizerBandwidth at a given center frequency results. The equalizer createsthen the desired one from a noise signal supplied to itBandpass noise signal or a sequence of bandpass noise signals,that cover the entire audio spectrum.
Werden die Filterparameter von mehreren digitalen Equalizern automatisch eingestellt, so ist es von Vorteil, die Filterparameter der einzelnen Equalizer nacheinander zu bestimmen, indem jeweils vor dem Bestimmen der Filterparameter eines Equalizers der bzw. die vorher eingestellten Equalizer auf den gemessenen Frequenzgang angewendet werden.Are the filter parameters of multiple digital equalizersautomatically set, so it is advantageous to change the filter parameters of theto determine each equalizer one after the other by in front of eachDetermine the filter parameters of an equalizer or those beforeadjusted equalizer applied to the measured frequency responsebecome.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung des Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art und/oder des Wiedergabesystems gemäß der vorstehend dargelegten Art für Audiosignale in mindestens einem Fortbewegungsmittel, insbesondere im Innenraum mindestens eines Kraftfahrzeugs.Finally, the present invention relates to the use of theMethod according to the type set out above and / or thePlayback system according to the type set out above forAudio signals in at least one means of transportation, especially in theInterior of at least one motor vehicle.
Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den Ansprüchen 1 und 7 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand des durch dieFig. 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.As already discussed in detail above, there are various possibilities for advantageously designing and developing the teaching of the present invention. On the one hand, reference is made to the claims subordinate to claims 1 and 7, on the other hand, further configurations, features and advantages of the present invention are explained in more detail below with reference to theexemplary embodiment illustrated byFIGS. 2 and 3.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 ein gemäß I[nternational]S[tandardization]O[rganization] normiertes Diagramm für Kurven gleicher Lautstärke (= sogenannte Isophonen), die als Funktion des Schallpegeldrucks über der Frequenz aufgetragen sind;Fig. 1 a in accordance with I [nternational] S [tandardization] O [rganization] normalized diagram of curves of equal volume (= so-called isophones), which are plotted as a function of sound pressure vs. frequency;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild (= Ablaufdiagramm) eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung; undFig. 2 is a schematic block diagram (= flow chart) of one embodiment of a method according to the present invention; and
Fig. 3 eine schematische Prinzipdarstellung ( = Blockdiagramm) eines Ausführungsbeispiels für ein Wiedergabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das zum Durchführen des Verfahrens gemäßFig. 2 vorgesehen ist.FIG. 3 shows a schematic basic illustration (= block diagram) of an exemplary embodiment for a reproduction system according to the present invention, which is provided for carrying out the method according toFIG. 2.
InFig. 2 ist das Funktionsprinzip eines anhandFig. 3 veranschaulichten Wiedergabesystems100 gemäß der vorliegenden Erfindung skizziert.FIG. 2 outlines the principle of operation of a reproduction system100 illustrated inFIG. 3 in accordance with the present invention.
Das inFig. 3 dargestellte Audiowiedergabesystem100 dient der Wiedergabe von Audiosignalen in einem Fahrzeuginnenraum, wobei die Audiosignale von unterschiedlichen Audioquellen10,12, wie zum Beispiel von einer C[ompact]D[isc], von einem Radio oder von dergleichen, generiert werden können.The audio reproduction system100 shown inFIG. 3 is used to reproduce audio signals in a vehicle interior, the audio signals being generated by different audio sources10 ,12 , such as, for example, a C [ompact] D [isc], a radio or the like can.
Das Wiedergabesystem100 weist eine Lautsprechereinrichtung50 und einen im Signalpfad zwischen den Audioquellen10,12 und der Lautsprechereinrichtung50 angeordneten Audioprozessor20 mit zwei frei einstellbaren digitalen Equalizern22,24 auf, über die die Signale der unterschiedlichen Audioquellen10,12 der Lautsprechereinrichtung50 zugeführt werden; selbstverständlich können hier auch mehr als zwei Equalizer22,24 vorgesehen sein. Zum Einstellen der Filterparameter, insbesondere zum Einstellen der Mittenfrequenz, sendet ein Steuerungsprozessor30 über einen Steuerungsbus34 geeignete Filterparameter an den Audioprozessor20.The playback system100 has a loudspeaker device50 and an audio processor20 arranged in the signal path between the audio sources10 ,12 and the loudspeaker device50 with two freely adjustable digital equalizers22 ,24 , via which the signals from the different audio sources10 ,12 are fed to the loudspeaker device50 ; Of course, more than two equalizers22 ,24 can also be provided here. To set the filter parameters, in particular to set the center frequency, a control processor30 sends suitable filter parameters to the audio processor20 via a control bus34 .
Zum Bestimmen bzw. zum Messen des Frequenzgangs des vorliegenden Audiosystems im Fahrzeuginnenraum (= Verfahrensschritt [a] gemäßFig. 2) weist das Wiedergabesystem100 ferner einen Rauschgenerator40 auf, über den den Equalizern22,24 ein Rauschsignal zugeführt werden kann. Der Rauschgenerator40 ist hier als Zusatzsoftware im Audioprozessor20 implementiert und kann bei Bedarf über den Steuerungsprozessor30 gestartet werden.In order to determine or measure the frequency response of the present audio system in the vehicle interior (= method step [a] according toFIG. 2), the reproduction system100 furthermore has a noise generator40 , via which the equalizers22 ,24 can be supplied with a noise signal. The noise generator40 is implemented here as additional software in the audio processor20 and can be started via the control processor30 if required.
Alternativ hierzu kann das Rauschsignal auch von einer externen Rauschquelle als zusätzlicher Audioquelle erzeugt werden, zum Beispiel mithilfe einer entsprechenden C[ompact]D[isc] oder mithilfe eines in geeigneter Weise eingestellten Tuners.Alternatively, the noise signal can also be from an externalNoise source can be generated as an additional audio source, for exampleusing an appropriate C [ompact] D [isc] or using an inappropriately set tuners.
Des weiteren weist der Steuerungsprozessor30 Mittel auf, über die die Filterparameter so eingestellt werden können, daß die Equalizer22,24 eine Bandpaßcharakteristik mit schmaler Bandbreite, das heißt mit einer Güte der Größenordnung8, aufweisen, wobei die Mittenfrequenz über dem Audiospektrum variierbar ist. Auf diese Weise kann die Lautsprechereinrichtung50 mithilfe des Rauschgenerators40 und über die Equalizer22,24 mit einem Bandpaß-Rauschsignal angesteuert werden.Furthermore, the control processor30 has means by which the filter parameters can be set such that the equalizers22 ,24 have a bandpass characteristic with a narrow bandwidth, that is to say with a quality of the order of8 , the center frequency being variable over the audio spectrum. In this manner, the speaker device50 can use the noise generator40 and are controlled via the equalizer22,24 with a bandpass noise signal.
Wenn das Einmessen der Equalizer22,24 beispielsweise durch Tastendruck gestartet worden ist, variiert der Steuerungsprozessor30 die Filterparameter in definierter zeitlicher Abfolge so, daß die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters zum Beispiel im Terzabstand von der höchsten einzustellenden Frequenz bis zur tiefsten einzustellenden Frequenz abnimmt.If the measurement of the equalizers22 ,24 has been started, for example by pressing a button, the control processor30 varies the filter parameters in a defined chronological order in such a way that the center frequency of the bandpass filter decreases, for example, in one-third intervals from the highest frequency to be set to the lowest frequency to be set.
Die Signale, die dann jeweils über die Lautsprechereinrichtung50 in den Fahrzeuginnenraum abgestrahlt werden, werden mithilfe eines Mikrophons60 erfaßt und mit geeigneten Auswertemitteln70 zum Bestimmen des Frequenzgangs des Fahrzeuginnenraums ausgewertet.The signals, which are then emitted into the vehicle interior via the loudspeaker device50 , are recorded with the aid of a microphone60 and evaluated with suitable evaluation means70 for determining the frequency response of the vehicle interior.
Hierzu werden die vom Mikrophon60 erfaßten Signale in einer Operationsverstärkerschaltung verstärkt, logarithmiert und gleichgerichtet, so daß am Ausgang dieser Schaltung eine Gleichspannung anliegt. Die Größe dieser Gleichspannung ist proportional zum Schallpegel bzw. zum Schalldruck im Fahrzeuginnenraum für das Frequenzband, das durch das jeweilige Bandpaß-Rauschsignal eingestellt ist. Durch das Durchstimmen der Equalizer22,24 wird der Schallpegel für das gesamte Audiospektrum detektiert.For this purpose, the signals detected by the microphone60 are amplified, logarithmized and rectified in an operational amplifier circuit, so that a DC voltage is present at the output of this circuit. The magnitude of this DC voltage is proportional to the sound level or the sound pressure in the vehicle interior for the frequency band which is set by the respective bandpass noise signal. By tuning the equalizers22 ,24 , the sound level for the entire audio spectrum is detected.
Die den Schallpegel repräsentierende Gleichspannung wird von einem A[nalog]/D[igital]-Wandler32 des Steuerungsprozessors30 abgetastet, so daß dem Steuerungsprozessor30 nach dem Durchstimmen aller zu messenden Frequenzen bzw. Frequenzbänder mit den entsprechenden Spannungswerten ein genaues Abbild des akustischen Frequenzgangs des Fahrzeuginnenraums vorliegt. Als Frequenzgang wird hier ausschließlich der Betragsfrequenzgang bzw. der Amplitudengang bezeichnet und nicht der Phasengang.The sound level representing DC voltage is sensed the control processor30 of an A [nalogue] / D [igital] converter32 so that the control processor30 according to the tuning of all the measured frequencies or frequency bands with the corresponding voltage values an accurate reflection of the acoustic frequency response of the vehicle interior. Only the absolute frequency response or the amplitude response is referred to here as the frequency response and not the phase response.
Im Steuerungsprozessor30 wird nun in einem zweiten Verfahrensschritt [b] (vgl.Fig. 2) eine untere Grenzfrequenz bestimmt, unterhalb derer der Schalldruck einen auf den mittleren Schalldruck bezogenen Schalldruckschwellwert unterschreitet. In einem abschließenden Verfahrensschritt [c] (vgl.Fig. 2) wird dann die Mittenfrequenz des Loudness-Filters26 (= Resonanzfilter) automatisch festgelegt, so daß im Ergebnis eine automatische Optimierung einer gehörrichtigen Baßpegelanhebung erfolgt ist.In a second method step [b] (cf.FIG. 2), a lower limit frequency is determined in the control processor30 , below which the sound pressure falls below a sound pressure threshold value related to the mean sound pressure. In a final process step [c] (cf.FIG. 2), the center frequency of the loudness filter26 (= resonance filter) is then automatically determined, so that the result is an automatic optimization of an aurally correct bass level increase.
Mit der vorliegenden Erfindung gemäß denFig. 2 und 3 wird dem Benutzer also die schwierige Aufgabe der Anpassung der Filtereinheit26 an die spezielle Akustik seines Fahrzeuginnenraums abgenommen. In diesem Zusammenhang ermöglicht das Messen des Amplitudengangs bzw. des Frequenzgangs nicht nur das Einstellen der beiden Equalizerfilter22,24, sondern auch das Einstellen des Loudness-Filters26 im unteren Frequenzbereich (in diesem Zusammenhang stellt das Loudness-Filter26 eines der Resonanzfilter, allgemeiner gesprochen eines der rekursiven Filter zweiter Ordnung dar). Im Ergebnis beruht das Verfahren gemäßFig. 2 also darauf, daß einer der digitalen Equalizer22,24 inFig. 3 der Loudness-Funktionalität, das heißt der Überprüfung auf einen Abfall um beispielsweise etwa drei Dezibel zugeordnet wird.With the present invention according toFIGS. 2 and 3, the user is relieved of the difficult task of adapting the filter unit26 to the special acoustics of his vehicle interior. In this context, measuring the amplitude response or the frequency response not only enables the adjustment of the two equalizer filters22 ,24 , but also the adjustment of the loudness filter26 in the lower frequency range (in this context, the loudness filter26 represents one of the resonance filters, more generally is one of the second-order recursive filters). As a result, the method according toFIG. 2 is based on the fact that one of the digital equalizers22 ,24 inFIG. 3 is assigned to the loudness functionality, that is to say the check for a drop by, for example, about three decibels.
In erfindungswesentlicher Weise kann das Merkmal, daß der bzw. die Filterparameter des Loudness-Filters26 automatisch so eingestellt wird bzw. werden, daß die Mittenfrequenz des Loudness-Filters26 gerade oberhalb der bestimmten Grenzfrequenz liegt, mit dem Merkmal verknüpft werden, daß die Baßpegelanhebung mit steigender Grenzfrequenz bzw. mit steigender Mittenfrequenz des Loudness-Filters26 derart reduziert wird, daß die Isophonen im verbleibenden wiedergebbaren Baßfrequenzbereich nicht überschritten werden; hierdurch erfolgt in synergetischer Weise zum einen eine automatische Optimierung der gehörrichtigen Baßpegelanhebung, zum anderen wird jedoch gleichwohl eine übermäßige Baßpegelanhebung vermieden.In a manner essential to the invention, the feature that the filter parameter (s) of the loudness filter26 is or are automatically set such that the center frequency of the loudness filter26 is just above the specific cut-off frequency can be linked to the feature that the bass level increase is reduced with increasing limit frequency or with increasing center frequency of the loudness filter26 such that the isophones are not exceeded in the remaining reproducible bass frequency range; in this way, on the one hand, an automatic optimization of the correct bass level increase takes place, on the other hand, however, an excessive bass level increase is avoided.
Der gesamte Zusatzaufwand gegenüber einem Autoradiogerät, dessen Equalizer nicht automatisch einstellbar sind, besteht in einer Zusatzhardware40 bzw. in einer Zusatzsoftware zum Generieren eines Rauschsignals, in einer Zusatzsoftware im Steuerungsprozessor30, die die Ablaufsteuerung des Einmeßvorgangs (= Verfahrensschritt [a]; vgl.Fig. 2) sowie die Ermittlung der besten Filterparametereinstellung(en) übernimmt, und in einer Zusatzhardware70 für die Verstärkung, Logarithmierung und Gleichrichtung der Signale des Mikrophons60.The entire additional effort compared to a car radio whose equalizer cannot be set automatically consists of additional hardware40 or additional software for generating a noise signal, additional software in the control processor30 that controls the sequence of the calibration process (= method step [a]; cf.Fig. 2) and determining the best filter parameter setting (s) takes over, and in an auxiliary hardware70 for the gain and the logarithm rectification of the signals of the microphone60th
Zum Ermitteln der bestmöglichen Einstellung der Filterparameter können im Audioprozessor20 auch normierte Equalizer-Musterkurven mit unterschiedlicher Güte abgespeichert sein.In order to determine the best possible setting of the filter parameters, standardized equalizer pattern curves of different quality can also be stored in the audio processor20 .
Abschließend sei noch angemerkt, daß die vorbeschriebene automatische Loudness-Optimierung gut am Audiowiedergabesystem100 nachweisbar ist, denn zum einen muß eine Frequenzgangmessung vom Benutzer aktivierbar sein (→ Bedienungsanleitung), und zum anderen kann die Optimierung durch Messen der Loudness-Kurven nach Frequenzgangmessungen in verschiedenen Audiosystemen nachgewiesen werden.Finally, it should also be noted that the above-described automatic loudness optimization can be easily demonstrated on the audio playback system100 , because on the one hand a frequency response measurement must be activated by the user (→ operating instructions), and on the other hand the optimization by measuring the loudness curves after frequency response measurements in different ways Audio systems are demonstrated.
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